井下电加热生产井管柱结构及其采油方法技术领域
本申请涉及油气开采技术领域，尤其是涉及一种井下电加热生产井管柱结构及其
采油方法。
背景技术
目前对于稠油油藏的热采开发方式主要是注蒸汽开发，且主要是蒸汽吞吐、蒸汽
驱以及蒸汽辅助重力泄油(SAGD)。但由于注蒸汽开发过程中，蒸汽的注入温度通常小于350
℃，难以达到稠油的热裂解改质温度，因此产出油的组分并未有明显变化，重质组分较多。
此外，对于注蒸汽开发的稠油生产井，目前井筒普遍采用电伴热的方式以提高举
升效率。但用于伴热的加热电缆功率较低，耐受的最高温度在100℃以内，难以同时发挥原
油改质效果差。
因此，现有的稠油油藏发方式的原油改质效果差。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种井下电加热生产井管柱结构及其采油方法，以
提高稠油油藏发方式的原油改质效果。
为达到上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种井下电加热生产井管柱结构，
包括依次相连的套管、水平筛管和盲管；所述套管内安装有油管，所述油管的后端连接有内
衬管，所述内衬管位于所述水平筛管及所述盲管内；还包括由井口向下依次伸入至所述油
管、所述内衬管和盲管内的冲砂管；所述内衬管的内壁上盘绕有加热电缆；所述水平筛管、
所述盲管及所述内衬管之间的第一环空内，填充有粒径大于所述水平筛管的缝隙的固体催
化剂颗粒；所述第一环空的前后两端分别安装有第一单向阀和第二单向阀，所述第一单向
阀的出口指向所述第一环空外，所述第二单向阀的出口指向所述第一环空内；所述第二单
向阀外侧设有过滤环；所述过滤环内填充有过滤材料，所述过滤材料的孔隙内径小于所述
固体催化剂颗粒的粒径。
本申请实施例的井下电加热生产井管柱结构，所述过滤环的内径与所述内衬管的
内径相同。
本申请实施例的井下电加热生产井管柱结构，所述过滤材料的孔隙度为30％～
45％，孔隙内径为0.1～4um，渗透率为1～10达西。
本申请实施例的井下电加热生产井管柱结构，所述过滤材料包括石英砂。
本申请实施例的井下电加热生产井管柱结构，所述固体催化剂颗粒的材质包括
钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、铪、钽、钨、铼、锇、铱
和铂中的一种单质或几种单质的组合。
本申请实施例的井下电加热生产井管柱结构，所述固体催化剂颗粒的材质包括
钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、铪、钽、钨、铼、锇、铱
和铂的化合物中的一种或几种组合。
本申请实施例的井下电加热生产井管柱结构，所述固体催化剂颗粒的粒径为10～
1000um，且大于所述水平筛管外对应油层的孔隙内径1～20倍。
本申请实施例的井下电加热生产井管柱结构，所述加热电缆为矿物绝缘加热电
缆，且其外表面铠装有不锈钢结构。
本申请实施例的井下电加热生产井管柱结构，所述加热电缆的盘绕密度为1～10
圈/米。
本申请实施例的井下电加热生产井管柱结构，所述加热电缆的发热功率通过地面
配电箱实时可调。
另一方面，本申请实施例还提供了一种上述井下电加热生产井管柱结构的采油方
法，包括以下步骤：
对生产进行电加热，以使原油温度上升至改质温度，且使所述固体催化剂颗粒的
催化活性达到预设要求；
向第二环空注入氮气，以使所述第二环空内的压力大于所述第一环空内的压力，
且二者的压力差达到预设压力差，从而使第一单向阀闭合；
开采时，被采原油从所述水平筛管的缝隙流经所述第一环空时，与该第一环空内
的固体催化剂颗粒触并实现催化改质，改质后的原油流经过滤环过滤后，经由内衬管内部
和冲砂管采出井口。
本申请实施例的采油方法，还包括：
在开采设定时间后停止生产，将所述第二环空内氮气排空，使第一单向阀开启；
从井口向所述冲砂管注入顶替液，顶替液经由第二单向阀进入所述第一环空，以
将所述第一环空内已用的固体催化剂颗粒驱离，被驱离的固体催化剂颗粒经由第一单向阀
和第二环空排出地面；
再次向所述第二环空注入氮气，以闭合第一单向阀；
从井口向所述冲砂管注入携带新的固体催化剂颗粒的悬浮液，悬浮液经由所述第
二单向阀进入所述第一环空，悬浮液中的液体经由筛管的缝隙进入油层，而悬浮液中的固
体催化剂颗粒，因粒径大于所述水平筛管外对应油层的孔隙内径而堆积于所述第一环空，
从而完成新旧固体催化剂颗粒的更换。
本申请实施例的采油方法，所述预设压力差为3～5MPa。
本申请实施例的采油方法，所述顶替液为水或质量浓度为0.01～1％的聚丙烯酰
胺聚合物溶液。
本申请实施例的采油方法，所述悬浮液中固体催化剂颗粒的质量为30％～80％。
本申请实施例的采油方法，所述的改质温度为350℃～500℃。
由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例将加热电缆盘绕在内衬
管内壁，通过加热电缆电加热高温加热生产井内的内衬管与催化剂，从而有效提高了生产
井的加热功率，实现了生产井快速升温并保持在较佳的催化改质温度，充分发挥了改质催
化剂活性的作用，从而提高了原油的改质效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提
下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本申请实施例中井下电加热生产井管柱结构的结构示意图；
图2为本申请实施例中井下电加热生产井管柱结构的采油方法的方法流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实
施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施
例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通
技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护
的范围。
参考图1所示，为本申请实施例的一种井下电加热生产井管柱结构，其包括依次相
连的套管、水平筛管24和盲管25。所述套管包括表面套管21和技术套管22。所述技术套管22
内安装有油管41。所述水平筛管24通过筛管悬挂器23与所述技术套管密封连接。所述油管
41的后端连接有内衬管42，所述内衬管42位于所述水平筛管24及所述盲管25内。
该管柱结构还包括由井口11向下依次伸入至所述油管41、所述内衬管42和盲管25
内的冲砂管47。所述内衬管42的内壁上盘绕有加热电缆32；所述加热电缆32通过传输电缆
31供电。所述水平筛管24、所述盲管25及所述内衬管42之间的第一环空(即环形空间)内，填
充有粒径大于所述水平筛管24外对应油层的孔隙内径的固体催化剂颗粒44，以防止所述固
体催化剂颗粒44外泄进入油层。
所述第一环空的前后两端分别安装有第一单向阀43和第二单向阀45，所述第一单
向阀43的出口指向所述第一环空外，所述第二单向阀45的出口指向所述第一环空内；冲砂
管47、第二单向阀45、第一环空、第一单向阀43、以及所述油管41和所述技术套管22之间形
成的第二环相互配合，形成流体通道。
所述第二单向阀45外侧设有过滤环46；所述过滤环46内填充有过滤材料(例如石
英砂等)，所述过滤材料的孔隙内径小于所述固体催化剂颗粒44的粒径，以防止所述固体催
化剂颗粒44外泄至内衬管42或冲砂管47。一般的所述固体催化剂颗粒44的粒径可以为10～
1000um，且大于筛管外对应油层的孔隙内径1～20倍。
本申请实施例中，所述过滤环46的内径与所述内衬管42的内径相同。且所述过滤
材料的孔隙度可以为30％～45％，孔隙内径可以为0.1～4um，渗透率可以为1～10达西。
本申请一些实施例中，所述固体催化剂颗粒44的材质可以为钪、钛、钒、铬、锰、铁、
钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、铪、钽、钨、铼、锇、铱和铂中的一种单质或
几种单质的组合。
本申请一些实施例中，所述固体催化剂颗粒44的材质可以为钪、钛、钒、铬、锰、铁、
钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、铪、钽、钨、铼、锇、铱和铂的化合物中的一
种或几种组合。
本申请实施例中，所述加热电缆32可以为矿物绝缘加热电缆(例如填充有氧化镁
的绝缘加热电缆)，且其外表面铠装有不锈钢结构，以保护加热电缆32。其中，所述加热电缆
32的盘绕密度为0～10圈/米，且其发热功率通过地面配电箱实时可调。
由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例将加热电缆盘绕在内衬
管内壁，通过加热电缆电加热高温加热生产井内的内衬管与催化剂，从而有效提高了生产
井的加热功率，实现了生产井快速升温并保持在较佳的催化改质温度，充分发挥了改质催
化剂活性的作用，从而提高了原油的改质效果。
参考图2所示，本申请实施例的井下电加热生产井管柱结构的采油方法，包括以下
步骤：
S201、对生产进行电加热，以使原油温度上升至改质温度，且使所述固体催化剂颗
粒的催化活性达到预设要求。
利用盘绕在内衬管内壁上的加热电缆，对生产井和第一环控内的固体催化剂颗粒
进行加热，以将生产井井筒及固体催化剂颗粒升温到原油的改质温度以上，通常在350℃～
500℃，以利于达到催化剂的最佳活性和最佳改质温度。
S202、向第二环空注入氮气，以使所述第二环空内的压力大于所述第一环空内的
压力，且二者的压力差达到预设压力差，从而使第一单向阀闭合，避免第一环控内的的固体
催化剂颗粒经由第一单向阀流出。所述预设压力差为例如可以为3～5MPa。
S203、开采时，被采原油从所述水平筛管的缝隙流经所述第一环空时，与该第一环
空内的固体催化剂颗粒触并实现催化改质。改质后的原油流动性能得以大大提高，改质后
的原油流经过滤环过滤后，经由内衬管内部和冲砂管采出井口。
S204、在开采设定时间后停止生产，将所述第二环空内氮气排空，使第一单向阀开
启。由于开采到一定时间后，固体催化剂颗粒的催化效果会失效，为了达到更好的原油改质
效果，需定期更换固体催化剂颗粒。为此，要实现固体催化剂颗粒的更换，首选需要停止生
产，并打开第一单向阀，以便于已用固体催化剂颗粒的排出。
S205、从井口向所述冲砂管注入顶替液，顶替液经由第二单向阀进入所述第一环
空，以将所述第一环空内已用的固体催化剂颗粒驱离，被驱离的固体催化剂颗粒经由第一
单向阀和第二环空排出地面。本申请实施例中，所述顶替液可以为水或质量浓度为0.01～
1％的聚丙烯酰胺聚合物溶液。
S206、再次向所述第二环空注入氮气，以闭合第一单向阀。具体请参见步骤S202，
在此不再赘述。
S207、从井口向所述冲砂管注入携带新的固体催化剂颗粒的悬浮液，悬浮液经由
所述第二单向阀进入所述第一环空，悬浮液中的液体经由筛管的缝隙进入油层，而悬浮液
中的固体催化剂颗粒，因粒径大于所述水平筛管外对应油层的孔隙内径而堆积于所述第一
环空，从而完成新旧固体催化剂颗粒的更换。此外，由于悬浮液的注入第一环空内的压力要
大于水平筛管外的油层的压力，因此，在更换固体催化剂颗粒的过程中，原油不会穿过水平
筛管的缝隙而随之被排出。本申请实施例中，所述悬浮液中固体催化剂颗粒的质量为30％
～80％。
S208、重启采油作业。从而实现原位改质采油。
由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例将加热电缆盘绕在内衬
管内壁，通过加热电缆电加热高温加热生产井内的内衬管与催化剂，从而有效提高了生产
井的加热功率，实现了生产井快速升温并保持在较佳的催化改质温度，充分发挥了改质催
化剂活性的作用，从而提高了原油的改质效果。
本说明书中各个实施例之间相同相似的部分可互相参考，每个实施例重点说明的
都是与其他实施例的不同之处。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员
来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同
替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。